JPH11178305A - Oscillating device - Google Patents
Oscillating deviceInfo
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- JPH11178305A JPH11178305A JP33725597A JP33725597A JPH11178305A JP H11178305 A JPH11178305 A JP H11178305A JP 33725597 A JP33725597 A JP 33725597A JP 33725597 A JP33725597 A JP 33725597A JP H11178305 A JPH11178305 A JP H11178305A
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- vibrator
- fixed yoke
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- oscillator
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、駆動電流によって
駆動される直線振動型の振動装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear vibration type vibration device driven by a drive current.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、電波を用いた無線電話（たとえば
携帯電話やＰＨＳ等）や無線呼出装置（たとえば商品名
ポケットベルやページャー等）などの携帯用端末機器に
おいて、電話や呼出の着信があった場合に、大きな電子
音を発して聴覚的に使用者に告知している。しかし、近
年、携帯電話等が急速に普及して、他人の着信を自己の
着信と誤認したり、電車や映画館等の公共施設で静寂を
妨害する点が社会問題化している。その対策として、着
信があると端末機器が振動を発生して、触覚的に携帯者
に知らせるバイブレータ方式が採用されつつある（たと
えば特開平６−２２４８１６号等）。2. Description of the Related Art Conventionally, in a portable terminal device such as a radio telephone (for example, a mobile phone or a PHS) using radio waves or a radio paging device (for example, a product name pager or pager), an incoming call or a call is received. In this case, a loud electronic sound is emitted to notify the user aurally. However, in recent years, mobile phones and the like have rapidly spread, and misrecognition of another person's incoming call as their own incoming call or obstructing silence in public facilities such as trains and movie theaters have become social problems. As a countermeasure, a vibrator system has been adopted in which a terminal device generates vibration when an incoming call is received and informs the carrier tactilely (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-224816).
【０００３】従来のバイブレータ方式では、小型モータ
の回転軸に偏心錘を取り付けて、回転運動によって振動
を発生する回転振動型の振動装置が採用されている（た
とえば特開平８−１８６６２６号、特開平８−２４２２
７３号等）。[0003] In the conventional vibrator system, a rotary vibration type vibration device that generates vibration by a rotational motion by attaching an eccentric weight to a rotating shaft of a small motor is employed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-186626 and 8-186626, and 8-2422
No. 73).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動装置では大きな重量物を回転させるため、ある程度
大きなトルクを出力するモータが必要になり、モータの
小型化や省電力化に自ずと限界がある。また、偏心回転
によって軸受の負担が大きくなるため、機械的寿命があ
まり長くない。However, in order to rotate a large heavy object, a conventional vibrating device requires a motor that outputs a relatively large torque, and there is naturally a limit in reducing the size and power consumption of the motor. In addition, since the load on the bearing is increased by the eccentric rotation, the mechanical life is not so long.
【０００５】本発明の目的は、電気から機械振動への変
換効率が高く、小型化・低消費電力化が可能で信頼性が
高い振動装置を提供することである。It is an object of the present invention to provide a highly reliable vibration device which has a high conversion efficiency from electric to mechanical vibration, can be reduced in size and consumes less power, and has high reliability.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、中空形状であ
って磁性材料から成る固定ヨークと、固定ヨーク内の中
心軸方向に沿って変位可能なように支持され、変位方向
と平行な方向に磁化され、固定ヨークとの磁気作用によ
って復元力が付与された振動子と、固定ヨークおよび振
動子が形成する磁気回路を通過する磁界に対して、駆動
磁界を重畳するための電磁コイルと、振動子の移動空間
を密閉するためのハウジング部材と、振動子の両側に位
置する内部空間を相互に連通させるための連通手段とを
備えることを特徴とする振動装置である。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a fixed yoke made of a magnetic material having a hollow shape, and supported so as to be displaceable along a central axis direction in the fixed yoke, in a direction parallel to the direction of displacement. A vibrator magnetized into a fixed yoke and a restoring force given by a magnetic action with the fixed yoke, an electromagnetic coil for superimposing a driving magnetic field on a magnetic field passing through a magnetic circuit formed by the fixed yoke and the vibrator, A vibration device, comprising: a housing member for sealing a moving space of a vibrator; and a communication unit for communicating internal spaces located on both sides of the vibrator with each other.
【０００７】本発明に従えば、中空形状の固定ヨークの
内部に磁化振動子を配置することによって、磁化振動子
のＮ極から出た磁力線が固定ヨークを通過して、磁化振
動子のＳ極に戻る磁気回路が形成される。振動子は、全
体のポテンシャルエネルギーが最も低い状態で安定し、
またこの点を原点とした復元力が作用する。この現象
は、振動子がばねによって支持され、ばねの伸び縮みに
よる復元力が生じたことに相当する。According to the present invention, by arranging the magnetized oscillator inside the hollow fixed yoke, the magnetic field lines coming out of the N pole of the magnetized oscillator pass through the fixed yoke and the S pole of the magnetized oscillator. To form a magnetic circuit. The oscillator stabilizes with the lowest total potential energy,
Also, a restoring force with this point as the origin acts. This phenomenon corresponds to the fact that the vibrator is supported by the spring and a restoring force is generated by the expansion and contraction of the spring.
【０００８】この状態で磁気回路を通過する磁界に対し
て電磁コイルからの駆動磁界を周期的に重畳することに
よって、振動子に作用する磁界が周期的に変動するよう
になり、振動子が直線的に往復しながら振動するように
なる。こうして電気的振動を機械的振動に効率良く変換
できる。In this state, the driving magnetic field from the electromagnetic coil is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator periodically fluctuates. Vibrates while reciprocating. Thus, electric vibration can be efficiently converted into mechanical vibration.
【０００９】さらに、振動子の移動空間を密閉するため
のハウジング部材を設けることによって、外部からの気
密性、水密性を確保して、電子部品としての取扱いを容
易にしている。Further, by providing a housing member for sealing the moving space of the vibrator, airtightness and watertightness from the outside are ensured, and handling as an electronic component is facilitated.
【００１０】また、振動子が復元力原点を中心として振
動する場合、振動子の両側に一定の内部空間が必要にな
るが、これらの内部空間はハウジング部材によって密閉
されていると、振動子の変位に伴って各内部空間の圧力
が変動することになる。たとえば、振動子が右方向に変
位すると、右側内部空間の圧力が高くなり、左側内部空
間の圧力は低くなる。こうした圧力変動は振動子の運動
を妨げ、共振ロスの増加をもたらす。したがって、本発
明では、これらの内部空間を連通手段を用いて相互に連
通させることによって、内部空間内の気体が自由に行き
来できるようになり、その結果、内部空間の圧力変動が
解消され、振動子の自由振動を確保することができ、エ
ネルギー効率および信頼性の高い振動装置を実現してい
る。When the vibrator vibrates around the origin of the restoring force, a certain internal space is required on both sides of the vibrator. The pressure in each internal space fluctuates with the displacement. For example, when the vibrator is displaced rightward, the pressure in the right internal space increases, and the pressure in the left internal space decreases. Such pressure fluctuations hinder the movement of the vibrator, resulting in an increase in resonance loss. Therefore, in the present invention, by communicating these internal spaces with each other using the communication means, the gas in the internal space can freely flow back and forth, and as a result, the pressure fluctuation in the internal space is eliminated, and the vibration is reduced. Free vibration of the child can be secured, and a vibration device with high energy efficiency and high reliability is realized.
【００１１】また本発明は、前記連通手段は、振動子の
内部に形成された貫通孔であることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the communication means is a through hole formed inside the vibrator.
【００１２】本発明に従えば、振動子の内部に貫通孔を
形成することによって、簡単な機構で気体の相互連通を
実現できる。According to the present invention, mutual communication of gas can be realized by a simple mechanism by forming a through hole inside the vibrator.
【００１３】また本発明は、前記連通手段は、ハウジン
グ部材の内周面に形成された貫通溝であることを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that the communicating means is a through groove formed in an inner peripheral surface of the housing member.
【００１４】本発明に従えば、ハウジング部材の内周面
に貫通溝を形成することによって、簡単な機構で気体の
相互連通を実現できる。According to the present invention, by forming a through groove in the inner peripheral surface of the housing member, mutual communication of gas can be realized with a simple mechanism.
【００１５】また本発明は、前記連通手段は、振動子の
外周面に形成された貫通溝であることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the communication means is a through groove formed on the outer peripheral surface of the vibrator.
【００１６】本発明に従えば、振動子の外周面に貫通溝
を形成することによって、簡単な機構で気体の相互連通
を実現できる。According to the present invention, by forming a through groove in the outer peripheral surface of the vibrator, mutual communication of gas can be realized by a simple mechanism.
【００１７】また本発明は、前記貫通孔は振動子の変位
方向の中心軸を軸中心に形成されていることを特徴とす
る。Further, the present invention is characterized in that the through hole is formed around the center axis in the displacement direction of the vibrator.
【００１８】本発明に従えば、振動子の中心軸に貫通孔
を形成することにより振動子の偏心を防ぎ、安定した振
動を得ることが可能となる。According to the present invention, eccentricity of the vibrator can be prevented by forming a through hole in the center axis of the vibrator, and stable vibration can be obtained.
【００１９】また本発明は、前記貫通孔は振動子の変位
方向の中心軸を対称に複数形成されていることを特徴と
する。Further, the present invention is characterized in that a plurality of the through holes are formed symmetrically with respect to the center axis in the displacement direction of the vibrator.
【００２０】本発明に従えば、振動子の中心軸を対象に
複数バランスのとれた位置に貫通孔を形成することによ
り振動子の偏心を防ぎ、安定した振動を得ることが可能
となる。According to the present invention, eccentricity of the vibrator can be prevented and stable vibration can be obtained by forming through holes at a plurality of well-balanced positions around the center axis of the vibrator.
【００２１】また本発明は、振動子の復元力および質量
によって規定される機械的共振周波数Ｆｍと駆動磁界の
周波数Ｆａとが略一致することを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the mechanical resonance frequency Fm defined by the restoring force and the mass of the vibrator substantially coincides with the frequency Fa of the driving magnetic field.
【００２２】本発明に従えば、振動子の質量および復元
力で機械的共振周波数Ｆｍが定まるため、この共振周波
数Ｆｍとほぼ一致する周波数Ｆａの駆動磁界を印加する
ことによって共振現象が発生し、僅かなエネルギー供給
によって大きな振幅の振動が持続するようになる。こう
して電気から機械振動への変換効率が高くなり、少ない
消費電力で大きな振動出力が得られるようになる。According to the present invention, since the mechanical resonance frequency Fm is determined by the mass and the restoring force of the vibrator, a resonance phenomenon occurs by applying a driving magnetic field having a frequency Fa substantially equal to the resonance frequency Fm. A small supply of energy causes large amplitude oscillations to persist. Thus, the conversion efficiency from electric to mechanical vibration is increased, and a large vibration output can be obtained with low power consumption.
【００２３】次に振動装置の原理について説明する。振
動子の静止位置を原点Ｏとして、原点Ｏからの変位をｘ
とし、振動子に作用する復元力をｆ、振動子の質量をＭ
とすると、復元力ｆは変位ｘの関数となり、図１に示す
ように、一次近似ではｆ＝ｋ・ｘの線形関数となる。な
お、ｋはばね係数である。この場合、振動子の共振周波
数Ｆｍは次式（１）で表せる。Next, the principle of the vibration device will be described. The stationary position of the vibrator is set as the origin O, and the displacement from the origin O is x
And the restoring force acting on the vibrator is f, and the mass of the vibrator is M
Then, the restoring force f is a function of the displacement x, and as shown in FIG. 1, is a linear function of f = k · x in the first-order approximation. Note that k is a spring coefficient. In this case, the resonance frequency Fm of the vibrator can be expressed by the following equation (1).
【００２４】[0024]
【数１】 (Equation 1)
【００２５】この共振周波数Ｆｍと同じ周波数Ｆａの駆
動磁界を電磁コイルで発生させて振動子に印加すると、
振動子は共振振動を始める。電磁コイルの駆動電流波形
は周波数Ｆａの成分を含むもので、たとえば周波数Ｆａ
の正弦波電流やパルス電流が可能であり、また全波駆動
や半波駆動も可能である。When a driving magnetic field having the same frequency Fa as the resonance frequency Fm is generated by an electromagnetic coil and applied to the vibrator,
The vibrator starts resonance vibration. The driving current waveform of the electromagnetic coil includes a component of the frequency Fa.
Sine wave current and pulse current, and full-wave driving and half-wave driving are also possible.
【００２６】図２は、振動子の共振特性を示すグラフで
ある。縦軸は振動子の振幅Ａであり、横軸は駆動磁界の
周波数Ｆａである。グラフにおいて、共振周波数Ｆｍで
最大振幅となり、共振周波数Ｆｍから外れると振幅は減
少する共振カーブが見られ、共振ピークの鋭さを示すＱ
値は摩擦や空気抵抗等のエネルギー損失によって決定さ
れる。FIG. 2 is a graph showing the resonance characteristics of the vibrator. The vertical axis is the amplitude A of the vibrator, and the horizontal axis is the frequency Fa of the driving magnetic field. In the graph, the resonance amplitude becomes maximum at the resonance frequency Fm, and the amplitude decreases when the resonance frequency Fm deviates from the resonance frequency Fm.
The value is determined by energy loss such as friction and air resistance.
【００２７】一方、復元力ｆと変位ｘとが非線形関係
で、ばね係数ｋが変位ｘの関数である場合は、ｆ＝ｋ
（ｘ）・ｘと表され、機械的周波数Ｆｍは振動子の振幅
に依存することになり、式（１）のように簡単には決ま
らない。しかしながら、このような振動装置に駆動磁界
を周期的に重畳した場合でも、振動子の質量Ｍと復元力
ｋ（ｘ）、振幅Ａに応じて振動子を直線的に往復振動さ
せることが可能である。On the other hand, if the restoring force f and the displacement x have a non-linear relationship and the spring coefficient k is a function of the displacement x, then f = k
(X) · x, and the mechanical frequency Fm depends on the amplitude of the vibrator, and is not easily determined as in equation (1). However, even when a driving magnetic field is periodically superimposed on such a vibrating device, the vibrator can be linearly reciprocated in accordance with the mass M of the vibrator, the restoring force k (x), and the amplitude A. is there.
【００２８】[0028]
【発明の実施の形態】図３は、本発明の第１実施形態を
示す構成図である。この振動装置は、中空形状の固定ヨ
ーク１１と、固定ヨーク１１の内部に中心軸Ｘ方向に沿
って変位可能なように支持された振動子３と、振動子３
の直線変位を案内する円筒形状のボビン１３と、駆動磁
界を発生するための電磁コイル１２と、電磁コイル１２
に正弦波またはパルス波の駆動電流Ｉを供給する発振器
２０などで構成され、さらに振動子３は２つの磁石４
ａ、４ｂを含み、円環状の２つの補強磁石１６ａ、１６
ｂが電磁コイル１２を挟んで左右対称となるように、固
定ヨーク１１の内側に配置されている。装置全体の寸法
は、たとえば長さが１６ｍｍ、外径は６ｍｍである。FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. The vibrating device includes a fixed yoke 11 having a hollow shape, a vibrator 3 supported inside the fixed yoke 11 so as to be displaceable along a central axis X direction,
, A cylindrical bobbin 13 for guiding the linear displacement of the coil, an electromagnetic coil 12 for generating a driving magnetic field, and an electromagnetic coil 12
And an oscillator 20 for supplying a driving current I of a sine wave or a pulse wave to the oscillator 3.
a, 4b, two annular reinforcing magnets 16a, 16
b is disposed inside the fixed yoke 11 so that the electrode b is symmetrical with respect to the electromagnetic coil 12. The dimensions of the entire apparatus are, for example, 16 mm in length and 6 mm in outer diameter.
【００２９】固定ヨーク１１は、透磁率の大きな磁性材
料で形成され、たとえば円筒状に形成されている。The fixed yoke 11 is formed of a magnetic material having a high magnetic permeability, and is formed, for example, in a cylindrical shape.
【００３０】ボビン１３はプラスチック等の高分子材料
で形成され、その内径は振動子３の最外径より僅かに大
きくなるように設計され、振動子３の直線運動を滑らか
に案内する。ボビン１３の外周面は電磁コイル１２の導
線を巻回するためのベースとなる。The bobbin 13 is formed of a polymer material such as plastic, and the inner diameter thereof is designed to be slightly larger than the outermost diameter of the vibrator 3 to smoothly guide the linear motion of the vibrator 3. The outer peripheral surface of the bobbin 13 serves as a base for winding the conductive wire of the electromagnetic coil 12.
【００３１】電磁コイル１２は、Ｘ軸の周りに導線を巻
回するように構成され、固定ヨーク１１と同軸に配置す
ることによって、Ｘ軸と平行な駆動磁界Ｈａを発生する
ため、効率的な磁界重畳を実現している。さらに、振動
子３が形成する平面状磁界との相互作用が最大となるよ
うに、振動子３の振動中心である原点Ｏを取り囲むよう
に電磁コイル１２を配置している。The electromagnetic coil 12 is configured so as to wind a conductive wire around the X axis, and is arranged coaxially with the fixed yoke 11 to generate a driving magnetic field Ha parallel to the X axis. The superposition of the magnetic field is realized. Further, the electromagnetic coil 12 is arranged so as to surround the origin O, which is the center of vibration of the vibrator 3, so that the interaction with the planar magnetic field formed by the vibrator 3 is maximized.
【００３２】電磁コイル１２の外周面には固定ヨーク１
１が装着され、さらに固定ヨーク１１の外径と一致する
キャップ１４、１５がボビン１３の両端に接着剤等によ
って装着され、固定ヨーク１１を固定している。こうし
たボビン１３およびキャップ１４、１５が装置のハウジ
ングを構成するとともに、装置の気密性、水密性を確保
して、電子部品としての取扱いを容易にしている。The fixed yoke 1 is provided on the outer peripheral surface of the electromagnetic coil 12.
1 and caps 14 and 15 having the same outer diameter as the fixed yoke 11 are mounted on both ends of the bobbin 13 with an adhesive or the like to fix the fixed yoke 11. The bobbin 13 and the caps 14 and 15 constitute a housing of the apparatus, and the airtightness and the watertightness of the apparatus are ensured to facilitate the handling as electronic components.
【００３３】振動子３は、磁化方向が変位方向と平行に
なるように上面および下面がＮ極、Ｓ極に着磁された円
柱状の磁石４ａ、４ｂと、透磁率の大きな磁性材料で形
成され、磁石４ａ、４ｂの中間、上面および下面に密着
固定された円柱状の移動ヨーク５、６、７とで構成され
る。磁石４ａ、４ｂは同じ極性の磁極が対向するように
縦列配置され、図３では各Ｎ極から出た磁力線が互いに
反発しつつ移動ヨーク５を通過して、中心軸Ｘに垂直な
平面状の磁界を発生している。移動ヨーク５、６、７の
外径は磁石４ａ、４ｂの外径より僅かに大きく、移動ヨ
ーク５、６、７の周面を滑らかにすることによって、ボ
ビン１３の内面と移動ヨーク５、６、７との摺動が低摩
擦になり、円滑な振動を実現している。The vibrator 3 is formed of columnar magnets 4a and 4b whose upper and lower surfaces are magnetized to the north and south poles so that the magnetization direction is parallel to the displacement direction, and a magnetic material having a high magnetic permeability. The movable yokes 5, 6, 7 are fixed to the middle, upper and lower surfaces of the magnets 4 a, 4 b in close contact with each other. The magnets 4a and 4b are arranged in tandem so that magnetic poles of the same polarity face each other. In FIG. A magnetic field is being generated. The outer diameters of the moving yokes 5, 6, 7 are slightly larger than the outer diameters of the magnets 4a, 4b, and by smoothing the peripheral surfaces of the moving yokes 5, 6, 7, the inner surfaces of the bobbin 13 and the moving yokes 5, 6 are formed. , 7 are low in friction and smooth vibration is realized.
【００３４】さらに、移動ヨーク５、６によって磁石４
からの磁束を固定ヨーク１１、補強磁石１６へ効率的に
導くことができるため、振動子３の復元力や電磁コイル
１２との相互作用を高めることができる。The moving yokes 5 and 6 further move the magnet 4
Can be efficiently guided to the fixed yoke 11 and the reinforcing magnet 16, so that the restoring force of the vibrator 3 and the interaction with the electromagnetic coil 12 can be increased.
【００３５】また、磁石４ａ、４ｂおよび移動ヨーク
５、６、７には、両側の密閉空間同士を連通するための
貫通孔８が振動子３の移動方向と平行な中心軸に形成さ
れ、密閉空間内の気体が自由に移動できる構造によって
振動子３の自由振動を確保している。The magnets 4a, 4b and the moving yokes 5, 6, 7 have through holes 8 formed in the central axis parallel to the moving direction of the vibrator 3 for communicating the closed spaces on both sides. Free vibration of the vibrator 3 is ensured by a structure in which gas in the space can move freely.
【００３６】また、貫通孔８を振動子３の移動方向と平
行な中心軸に形成することにより振動子３の偏心を防
ぎ、より安定した振動を得ることが可能となる。Further, by forming the through hole 8 on a central axis parallel to the moving direction of the vibrator 3, eccentricity of the vibrator 3 can be prevented, and more stable vibration can be obtained.
【００３７】補強磁石１６ａ、１６ｂは、円環形状の中
心から半径方向に沿って磁化された永久磁石で形成さ
れ、図３では円環形状の内面がＮ極に、外面がＳ極にそ
れぞれ着磁されている。こうした補強磁石１６ａ、１６
ｂは、固定ヨーク１１と振動子３との間に介在し、振動
子３の両端にそれぞれ対向するように原点Ｏを中心とし
て対称配置され、固定ヨーク１１と振動子３端部との磁
気的距離を近づけることと補強磁石１６の磁力により、
磁石４ａ、４ｂのＳ極と補強磁石１６ａ、１６ｂのＮ極
との間の磁気作用をそれぞれ増強している。The reinforcing magnets 16a and 16b are formed of permanent magnets magnetized in the radial direction from the center of the annular shape. In FIG. Magnetized. Such reinforcing magnets 16a, 16
b is interposed between the fixed yoke 11 and the vibrator 3, is symmetrically disposed about the origin O so as to oppose both ends of the vibrator 3, and magnetically connects the fixed yoke 11 and the end of the vibrator 3. By bringing the distance closer and the magnetic force of the reinforcing magnet 16,
The magnetic action between the south poles of the magnets 4a and 4b and the north poles of the reinforcing magnets 16a and 16b is enhanced respectively.
【００３８】振動子３を中空形状の固定ヨーク１１の内
部に配置することによって、振動子３のＮ極から出た磁
力線が固定ヨーク１１および補強磁石１６を通過して、
振動子３のＳ極に戻る磁気回路が形成される。磁力線
は、固定ヨーク１１のＸ軸を中心として回転対称となる
ように分布し、振動子３は全体のポテンシャルエネルギ
ーが最も低くなる位置（点Ｏ）で安定する。この安定位
置は、外側の磁性部品の特性や形状等によって定まり、
補強磁石１６が固定ヨーク１１の対称中心点に関して非
対称に配置されているため、点Ｏは対称中心点より少し
シフトする。なお、図３の構成では各部品が対称的に配
置されているため、対称中心点と復元力の原点Ｏとが一
致することになる。By arranging the vibrator 3 inside the hollow fixed yoke 11, the magnetic field lines emitted from the N pole of the vibrator 3 pass through the fixed yoke 11 and the reinforcing magnet 16,
A magnetic circuit returning to the south pole of the vibrator 3 is formed. The lines of magnetic force are distributed so as to be rotationally symmetric about the X-axis of the fixed yoke 11, and the vibrator 3 is stabilized at a position (point O) where the overall potential energy is lowest. This stable position is determined by the characteristics and shape of the outer magnetic parts,
Since the reinforcing magnets 16 are arranged asymmetrically with respect to the center of symmetry of the fixed yoke 11, the point O is slightly shifted from the center of symmetry. In the configuration shown in FIG. 3, since the components are symmetrically arranged, the center point of symmetry coincides with the origin O of the restoring force.
【００３９】この状態で、振動子３が原点Ｏから正また
は負の方向に変位すると、振動子３には原点Ｏに戻ろう
とする復元力が作用する。こうした復元力は、振動子３
の振幅範囲において変位量にほぼ比例させることが可能
なため、ちょうど振動子３がＸ軸に沿って線形ばねで支
持された現象に近似できる。In this state, when the vibrator 3 is displaced in the positive or negative direction from the origin O, a restoring force is applied to the vibrator 3 to return to the origin O. Such a restoring force is applied to the vibrator 3
Can be almost proportional to the amount of displacement in the amplitude range of, so that it is possible to approximate the phenomenon in which the vibrator 3 is supported by a linear spring along the X axis.
【００４０】この状態で磁気回路を通過する磁界に対し
て電磁コイル１２からの駆動磁界を周期的に重畳するこ
とによって、振動子３に作用する磁界が周期的に変動す
るようになり、振動子３が直線的に往復しながら振動す
るようになる。In this state, the driving magnetic field from the electromagnetic coil 12 is periodically superimposed on the magnetic field passing through the magnetic circuit, so that the magnetic field acting on the vibrator 3 periodically fluctuates. 3 vibrates while reciprocating linearly.
【００４１】図４（ａ）は振動子３の運動波形、図４
（ｂ）〜図４（ｅ）は電磁コイル１２の駆動電流波形の
各種例を示すグラフである。静止した振動子３に駆動磁
界Ｈａが作用すると、振動子３が振動を開始し、この振
動周期と同期するように磁界Ｈａが変動すると、共振現
象によって振動振幅が徐々に増加し、摩擦や空気抵抗等
に起因する共振ロスと電磁コイル１２からの注入エネル
ギーとが均衡した状態で振動子３は一定振幅で振動する
ようになる。駆動磁界の周波数は、使用者が触覚的に知
覚可能で、周囲者に可聴音として認識されないように、
たとえば１００Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲内に設定するこ
とが好ましい。FIG. 4A shows the motion waveform of the vibrator 3 and FIG.
4B to 4E are graphs showing various examples of the drive current waveform of the electromagnetic coil 12. When the driving magnetic field Ha acts on the stationary vibrator 3, the vibrator 3 starts to vibrate. When the magnetic field Ha fluctuates in synchronization with the vibration cycle, the vibration phenomenon gradually increases the vibration amplitude due to the resonance phenomenon, thereby causing friction and air. The vibrator 3 vibrates at a constant amplitude in a state where the resonance loss due to the resistance and the like and the energy injected from the electromagnetic coil 12 are balanced. The frequency of the drive magnetic field is tactilely perceptible to the user, so that it is not perceived as audible by surrounding people,
For example, it is preferable to set within the range of 100 Hz to 200 Hz.
【００４２】図４（ｂ）は半波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３が原点ＯからＸ軸の正方向に
移動している４分の１周期だけオンとなるパルス電流を
電磁コイル１２に流している。半波パルス駆動は、単極
性の駆動波形で済むためパルス発振器２０の回路構成を
簡略化できる利点がある。FIG. 4B shows an example of half-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, the vibrator 3 is turned on for a quarter period in which the vibrator 3 is moving in the positive direction of the X axis from the origin O. Pulse current is supplied to the electromagnetic coil 12. The half-wave pulse drive has an advantage that the circuit configuration of the pulse oscillator 20 can be simplified because a unipolar drive waveform is sufficient.
【００４３】図４（ｃ）は全波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３が原点ＯからＸ軸の正方向に
移動している４分の１周期だけ正極性となり、振動子３
が正の最大変位から原点Ｏに戻る次の４分の１周期だけ
負極性となるパルス電流を電磁コイル１２に流してい
る。全波パルス駆動は、半波パルス駆動と比べて２倍の
駆動期間を確保できるため、振動開始からの定常振動ま
で立上り時間を短縮できる利点がある。FIG. 4C shows an example of full-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, the vibrator 3 has a positive polarity only for a quarter period in which the vibrator 3 moves from the origin O in the positive direction of the X axis. And vibrator 3
Flows through the electromagnetic coil 12 a negative pulse current for the next quarter period of returning to the origin O from the positive maximum displacement. Since the full-wave pulse driving can secure twice the driving period as compared with the half-wave pulse driving, there is an advantage that the rise time can be shortened from the start of the vibration to the steady vibration.
【００４４】図４（ｄ）は半波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動してい
る２分の１周期だけオンとなるパルス電流を電磁コイル
１２に流している。半波パルス駆動は、単極性の駆動波
形で済むためパルス発振器２０の回路構成を簡略化でき
る利点がある。FIG. 4D shows an example of half-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, a pulse current that is turned on for only a half period when the vibrator 3 is moving in the positive direction of the X axis. Through the electromagnetic coil 12. The half-wave pulse drive has an advantage that the circuit configuration of the pulse oscillator 20 can be simplified because a unipolar drive waveform is sufficient.
【００４５】図４（ｅ）は全波パルス駆動の例を示し、
図４（ａ）に示すように振動子３が周期Ｔの正弦波で振
動している場合、振動子３がＸ軸の正方向に移動してい
る２分の１周期だけ正極性となり、振動子３がＸ軸の負
方向に移動している２分の１周期だけ負極性となるパル
ス電流を電磁コイル１２に流している。この駆動波形
は、図４（ｄ）の半波パルス駆動と比べて２倍の駆動期
間を確保できるため、高効率の駆動を実現できる。FIG. 4E shows an example of full-wave pulse driving.
As shown in FIG. 4A, when the vibrator 3 is vibrating with a sine wave having a period T, the vibrator 3 becomes positive for only one half of the period in which the vibrator 3 moves in the positive direction of the X-axis. A pulse current having a negative polarity is supplied to the electromagnetic coil 12 for a half cycle in which the child 3 moves in the negative direction of the X axis. This driving waveform can secure twice the driving period as compared with the half-wave pulse driving in FIG. 4D, so that highly efficient driving can be realized.
【００４６】なお、図４（ｂ）〜図４（ｅ）に示すパル
ス波形の代わりに、正弦波を４分の１周期あるいは２分
の１周期の単位でオン、オフした波形も使用でき、特に
図４（ｅ）では完全な正弦波駆動となる。Instead of the pulse waveforms shown in FIGS. 4B to 4E, a waveform in which a sine wave is turned on and off in units of a quarter cycle or a half cycle can be used. In particular, in FIG. 4E, complete sine wave driving is performed.
【００４７】こうして振動子３の周期および位相と駆動
電流とが同期するように共振させることによって、電気
的振動から機械的振動への変換が効率良く行われる。By resonating so that the period and phase of the vibrator 3 and the drive current are synchronized, conversion from electrical vibration to mechanical vibration can be performed efficiently.
【００４８】図５は本発明の第２実施形態を示し、図５
（ａ）は長手方向に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）
は中央での横断面図である。振動子３は、変位方向と平
行に磁化された円柱形状の磁石を含み、図３のものと同
様な構成が使用可能である。ハウジング１７は、図３の
ボビン１３およびキャップ１４、１５に相当するもの
で、振動子３の外径より僅かに大きな内径を有する中空
円筒状に形成され、振動子３が運動するための密閉空間
を形成している。なお、図３の固定ヨーク１１、電磁コ
イル１２、補強磁石１６ａ、１６ｂ、発振器２０も配置
され、理解容易のため図示を省略している。FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention.
FIG. 5A is a longitudinal sectional view along the longitudinal direction, and FIG.
Is a cross-sectional view at the center. The vibrator 3 includes a columnar magnet magnetized in parallel with the direction of displacement, and a configuration similar to that of FIG. 3 can be used. The housing 17 corresponds to the bobbin 13 and the caps 14 and 15 in FIG. 3 and is formed in a hollow cylindrical shape having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the vibrator 3, and a closed space for the vibrator 3 to move. Is formed. The fixed yoke 11, the electromagnetic coil 12, the reinforcing magnets 16a and 16b, and the oscillator 20 shown in FIG. 3 are also arranged, and are not shown for easy understanding.
【００４９】本実施形態では、振動子３に貫通孔８を形
成する代わりに、ハウジング１７の内周面に振動子３の
最大変位幅より長い開口スリットを有する貫通溝１７ａ
を形成している。貫通溝１７ａは、密閉空間の気体が自
由に移動できるように、振動子３の両側に存在する内部
空間を相互に連通させる機能を有し、その結果、振動子
３の自由振動を確保することができる。In this embodiment, instead of forming the through hole 8 in the vibrator 3, a through groove 17 a having an opening slit longer than the maximum displacement width of the vibrator 3 is provided on the inner peripheral surface of the housing 17.
Is formed. The through groove 17a has a function of interconnecting the internal spaces existing on both sides of the vibrator 3 so that the gas in the closed space can move freely, and as a result, free vibration of the vibrator 3 is ensured. Can be.
【００５０】なお、貫通溝１７ａの代わりに、ハウジン
グ１７の内部に貫通孔を設けて、振動子３の両側の内部
空間を相互に連通させる構成も可能である。It is also possible to provide a through-hole inside the housing 17 instead of the through-groove 17a so that the internal spaces on both sides of the vibrator 3 communicate with each other.
【００５１】図６は本発明の第３実施形態を示し、図６
（ａ）は長手方向に沿った縦断面図であり、図６（ｂ）
は中央での横断面図である。振動子３は、変位方向と平
行に磁化された円柱形状の磁石を含み、図３のものと同
様な構成が使用可能である。ハウジング１７は、図３の
ボビン１３およびキャップ１４、１５に相当するもの
で、振動子３の外径より僅かに大きな内径を有する中空
円筒状に形成され、振動子３が運動するための密閉空間
を形成している。なお、図３の固定ヨーク１１、電磁コ
イル１２、補強磁石１６ａ、１６ｂ、発振器２０も配置
され、理解容易のため図示を省略している。FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
FIG. 6A is a longitudinal sectional view along the longitudinal direction, and FIG.
Is a cross-sectional view at the center. The vibrator 3 includes a columnar magnet magnetized in parallel with the direction of displacement, and a configuration similar to that of FIG. 3 can be used. The housing 17 corresponds to the bobbin 13 and the caps 14 and 15 in FIG. 3 and is formed in a hollow cylindrical shape having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the vibrator 3, and a closed space for the vibrator 3 to move. Is formed. The fixed yoke 11, the electromagnetic coil 12, the reinforcing magnets 16a and 16b, and the oscillator 20 shown in FIG. 3 are also arranged, and are not shown for easy understanding.
【００５２】本実施形態では、振動子３に貫通孔８を形
成する代わりに、振動子３の外周面に沿って貫通溝３ａ
を形成している。貫通溝３ａは、密閉空間の気体が自由
に移動できるように、振動子３の両側に存在する内部空
間を相互に連通させる機能を有し、その結果、振動子３
の自由振動を確保することができる。In this embodiment, instead of forming the through hole 8 in the vibrator 3, the through groove 3 a is formed along the outer peripheral surface of the vibrator 3.
Is formed. The through groove 3a has a function of interconnecting the internal spaces existing on both sides of the vibrator 3 so that the gas in the closed space can move freely. As a result, the vibrator 3
Free vibration can be secured.
【００５３】図７は本発明の第４実施形態を示し、図７
（ａ）は、長手方向に沿った縦断面図であり、図７
（ｂ）は中央での横断面図である。振動子３は、変位方
向と平行に磁化された円柱形状の磁石を含み、図３のも
のと同様な構成が使用可能である。ハウジング１７は、
図３のボビン１３およびキャップ１４、１５に相当する
もので振動子３の外径より僅かに大きな内径を有する中
空円筒状に形成され、振動子３が運動するための密閉空
間を形成している。なお、図３の固定ヨーク１１、電磁
コイル１２、補強磁石１６ａ、１６ｂ、発振器２０も配
置され、理解容易のため図示を省略している。FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7A is a longitudinal sectional view along the longitudinal direction, and FIG.
(B) is a cross-sectional view at the center. The vibrator 3 includes a columnar magnet magnetized in parallel with the direction of displacement, and a configuration similar to that of FIG. 3 can be used. The housing 17
It is equivalent to the bobbin 13 and the caps 14 and 15 of FIG. 3 and is formed in a hollow cylindrical shape having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the vibrator 3 to form a closed space for the vibrator 3 to move. . The fixed yoke 11, the electromagnetic coil 12, the reinforcing magnets 16a and 16b, and the oscillator 20 shown in FIG. 3 are also arranged, and are not shown for easy understanding.
【００５４】本実施形態では、振動子３に貫通孔８を振
動子３の移動方向と平行な中心軸を起点に対称な位置に
２つ形成され、密閉空間内の気体が自由に移動できるよ
うに、振動子３の両側に存在する内部空間を相互に連結
させる機能を有し、その結果、振動子３の自由振動を確
保することができる。また、貫通孔８を振動子３の移動
方向と平行な中心軸を起点に対称な位置に形成すること
により振動子３の偏心を防ぎ、より安定した振動を得る
ことが可能となる。なお貫通孔の数や形状はこれに限定
されるものではなく中心軸を起点にバランスのとれた位
置に形成されれば良い。In this embodiment, two through holes 8 are formed in the vibrator 3 at positions symmetrical with respect to the center axis parallel to the moving direction of the vibrator 3 so that the gas in the closed space can move freely. In addition, it has a function of interconnecting the internal spaces existing on both sides of the vibrator 3, and as a result, free vibration of the vibrator 3 can be ensured. Further, by forming the through-hole 8 at a position symmetrical with respect to the center axis parallel to the moving direction of the vibrator 3 as a starting point, eccentricity of the vibrator 3 can be prevented, and more stable vibration can be obtained. The number and shape of the through-holes are not limited to those described above, and may be formed at well-balanced positions starting from the central axis.
【００５５】なお、上記実施形態では円筒形状の固定ヨ
ークおよび振動子等を用いた例を説明したが、円筒形状
に限定されるものでなく、たとえば断面が四角形状のも
のやさらに多角形のもので構成してもよい。In the above embodiment, an example using a cylindrical fixed yoke, a vibrator, and the like has been described. However, the present invention is not limited to a cylindrical shape. May be configured.
【００５６】さらに、電磁コイルや集束ヨークの磁性
体、振動子の磁石の数など上記実施形態に限定されるも
のではない。また、磁石の極方向も上記実施形態に限定
されるものではない。Further, the number of magnetic bodies of the electromagnetic coil and the focusing yoke and the number of magnets of the vibrator are not limited to the above embodiment. Further, the pole direction of the magnet is not limited to the above embodiment.
【００５７】[0057]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、振
動子に固定ヨークの中心付近を原点とした復元力が作用
するため、この状態で磁気回路を通過する磁界に対して
電磁コイルからの駆動磁界を周期的に重畳することによ
って、振動子が直線的に振動するようになる。さらに、
振動子の移動空間を密閉するためのハウジング部材を設
けることによって、外部からの気密性、水密性を確保す
るとともに、振動子の両側に位置する内部空間を相互に
連通させることによって、振動子の自由振動を確保で
き、エネルギー効率および信頼性の高い振動装置を実現
できる。As described above in detail, according to the present invention, since a restoring force acts on the vibrator with the origin near the center of the fixed yoke, a magnetic field passing through the magnetic circuit in this state is affected by the electromagnetic coil. The driving magnetic field is periodically superimposed, whereby the vibrator vibrates linearly. further,
By providing a housing member for sealing the moving space of the vibrator, airtightness and watertightness from the outside are ensured, and by communicating the internal spaces located on both sides of the vibrator with each other, Free vibration can be secured, and a vibration device with high energy efficiency and high reliability can be realized.
【００５８】また、振動子の機械的共振周波数Ｆｍとほ
ぼ一致する周波数Ｆａの駆動磁界を印加することによっ
て共振現象が発生し、僅かなエネルギー供給によって大
きな振幅の振動が持続するようになる。こうして電気か
ら機械振動への変換効率が高くなり、少ない消費電力で
大きな振動出力が得られる。Further, when a driving magnetic field having a frequency Fa substantially equal to the mechanical resonance frequency Fm of the vibrator is applied, a resonance phenomenon occurs, and a vibration with a large amplitude is maintained by supplying a small amount of energy. Thus, the conversion efficiency from electric to mechanical vibration is increased, and a large vibration output can be obtained with low power consumption.
【図１】振動子の変位と復元力の関係を示すグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing a relationship between a displacement of a vibrator and a restoring force.
【図２】振動子の共振特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing resonance characteristics of a vibrator.
【図３】本発明の第１実施形態を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図４】図４（ａ）は振動子３の運動波形、図４（ｂ）
〜図４（ｅ）は電磁コイル１２の駆動電流波形の各種例
を示すグラフである。FIG. 4 (a) is a movement waveform of the vibrator 3, and FIG. 4 (b)
4E are graphs showing various examples of the drive current waveform of the electromagnetic coil 12. FIG.
【図５】本発明の第２実施形態を示し、図５（ａ）は長
手方向に沿った縦断面図であり、図５（ｂ）は中央での
横断面図である。5A and 5B show a second embodiment of the present invention. FIG. 5A is a longitudinal sectional view along a longitudinal direction, and FIG. 5B is a transverse sectional view at the center.
【図６】本発明の第３実施形態を示し、図６（ａ）は長
手方向に沿った縦断面図であり、図６（ｂ）は中央での
横断面図である。6A and 6B show a third embodiment of the present invention. FIG. 6A is a longitudinal sectional view along a longitudinal direction, and FIG. 6B is a transverse sectional view at the center.
【図７】本発明の第４実施形態を示し、図７（ａ）は、
長手方向に沿った縦断面図であり、図７（ｂ）は中央で
の横断面図である。FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 7B is a longitudinal sectional view along the longitudinal direction, and FIG. 7B is a transverse sectional view at the center.
３ 振動子 ３ａ、１７ａ 貫通溝 ４、４ａ、４ｂ 磁石 ５、６、７ 移動ヨーク ８ 貫通孔 １１ 固定ヨーク １２、１２ａ、１２ｂ 電磁コイル １３ ボビン １４、１５ キャップ １６、１６ａ、１６ｂ 補強磁石 １７ ハウジング ２０ 発振器 3 Vibrator 3a, 17a Through groove 4, 4a, 4b Magnet 5, 6, 7 Moving yoke 8 Through hole 11 Fixed yoke 12, 12a, 12b Electromagnetic coil 13 Bobbin 14, 15 Cap 16, 16a, 16b Reinforced magnet 17 Housing 20 Oscillator
Claims (7)
ヨークと、 固定ヨーク内の中心軸方向に沿って変位可能なように支
持され、変位方向と平行な方向に磁化され、固定ヨーク
との磁気作用によって復元力が付与された振動子と、 固定ヨークおよび振動子が形成する磁気回路を通過する
磁界に対して、駆動磁界を重畳するための電磁コイル
と、 振動子の移動空間を密閉するためのハウジング部材と、 振動子の両側に位置する内部空間を相互に連通させるた
めの連通手段とを備えることを特徴とする振動装置。A fixed yoke having a hollow shape and made of a magnetic material; and a fixed yoke supported so as to be displaceable along a central axis direction in the fixed yoke and magnetized in a direction parallel to the displacement direction. A vibrator to which a restoring force is applied by a magnetic action, an electromagnetic coil for superimposing a driving magnetic field on a magnetic field passing through a magnetic circuit formed by the fixed yoke and the vibrator, and sealing a moving space of the vibrator. A vibration device comprising: a housing member for communicating with the housing; and communication means for mutually communicating internal spaces located on both sides of the vibrator.
れた貫通孔であることを特徴とする請求項１記載の振動
装置。2. The vibration device according to claim 1, wherein the communication means is a through hole formed inside the vibrator.
面に形成された貫通溝であることを特徴とする請求項１
記載の振動装置。3. The communication device according to claim 1, wherein the communication means is a through groove formed in an inner peripheral surface of the housing member.
A vibration device as described.
された貫通溝であることを特徴とする請求項１記載の振
動装置。4. The vibration device according to claim 1, wherein the communication means is a through groove formed on an outer peripheral surface of the vibrator.
を軸中心に形成されていることを特徴とする請求項２記
載の振動装置。5. The vibration device according to claim 2, wherein the through-hole is formed around a center axis in a displacement direction of the vibrator.
を対称に複数形成されていることを特徴とする請求項２
記載の振動装置。6. The device according to claim 2, wherein a plurality of the through holes are formed symmetrically with respect to a center axis in a displacement direction of the vibrator.
A vibration device as described.
される機械的共振周波数Ｆｍと駆動磁界の周波数Ｆａと
が略一致することを特徴とする請求項１〜６のいずれか
に記載の振動装置。7. The vibrating device according to claim 1, wherein a mechanical resonance frequency Fm defined by a restoring force and a mass of the vibrator substantially coincides with a frequency Fa of the driving magnetic field. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33725597A JPH11178305A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Oscillating device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33725597A JPH11178305A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Oscillating device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11178305A true JPH11178305A (en) | 1999-07-02 |
Family
ID=18306911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33725597A Pending JPH11178305A (en) | 1997-12-08 | 1997-12-08 | Oscillating device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11178305A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1626483A1 (en) * | 2003-05-16 | 2006-02-15 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Reciprocating linear drive actuator and electric toothbrush |
| JP2009213194A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Sumida Corporation | Oscillatory electromagnetic generator |
| JP2011050245A (en) * | 2010-12-08 | 2011-03-10 | Sumida Corporation | Oscillating generator |
| JP2015112013A (en) * | 2015-02-20 | 2015-06-18 | 日本電産コパル株式会社 | Vibration actuator and portable information terminal |
-
1997
- 1997-12-08 JP JP33725597A patent/JPH11178305A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1626483A1 (en) * | 2003-05-16 | 2006-02-15 | Matsushita Electric Works, Ltd. | Reciprocating linear drive actuator and electric toothbrush |
| EP1626483A4 (en) * | 2003-05-16 | 2009-01-28 | Matsushita Electric Works Ltd | Reciprocating linear drive actuator and electric toothbrush |
| JP2009213194A (en) * | 2008-02-29 | 2009-09-17 | Sumida Corporation | Oscillatory electromagnetic generator |
| JP2011050245A (en) * | 2010-12-08 | 2011-03-10 | Sumida Corporation | Oscillating generator |
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